초록 ▼

개발 목적 및 필요성
지하매설배관 특성상 관망 상태변화 및 이상(Faults) 발생에 대한 인지가 어려운 상황으로 현재 이상이 발생하면 사후조치를 하는 방법으로 관망을 관리함.
또한 이상이 발생하였을 경우 2차 오염으로 맛있는 물 공급 어려우며 상수관망 운영효율성 제고 및 유지관리 비용 최소화를 위한 글로벌 수준의 관망 운영·유지관리기술이 필요한 상황임.
본 연구에서는 관망관리비용 절감, 유수율 향상 및 최적수질관리를 위하여 다음의 기술개발을 목표로 함
- 관망상태평가기술과 비용-효과분석이 연계된 의사결정지원시

개발 목적 및 필요성
지하매설배관 특성상 관망 상태변화 및 이상(Faults) 발생에 대한 인지가 어려운 상황으로 현재 이상이 발생하면 사후조치를 하는 방법으로 관망을 관리함.
또한 이상이 발생하였을 경우 2차 오염으로 맛있는 물 공급 어려우며 상수관망 운영효율성 제고 및 유지관리 비용 최소화를 위한 글로벌 수준의 관망 운영·유지관리기술이 필요한 상황임.
본 연구에서는 관망관리비용 절감, 유수율 향상 및 최적수질관리를 위하여 다음의 기술개발을 목표로 함
- 관망상태평가기술과 비용-효과분석이 연계된 의사결정지원시스템 개발
- 모델기반의 상수관망 이상진단시스템 개발
- 최적 수질유지를 위한 생물막 형성 제어기술
- 상수관망내 소독부산물 최적제어기술
- 위의 기술들을 적용한 테스트베드 운용을 통해 상수관망 이상관리시스템(fault management system) 및 최적수질관리(optimal water quality control) 기술 개선함

연구개발 결과
○ 의사결정지원 시스템
- 의사결정지원 시스템은 물리·통계적 모델을 이용한 파손모델을 기본으로 상태평가모듈과 MDP를 이용한 3단계 의사결정모듈로 구성되어 있음
- 상수관망을 포함한 도시가스배관, 열난방배관, 전력선 등 지하에 매설된 각종 사회 기반 시설과 일반적으로 산업에 사용되는 배관을 이용한 공장 등에 적용이 가능하며 문제를 확정하고, 의사결정을 하는 과정은 단순한 유지/보수의 개념에서 일반적인 discrete action(화학반응기의 제어, 제조공정에서의 조업 전략, 로봇의 인공지능 알고리즘 등)으로 고려하는 과정이 포함되어 있음. 아울러 본 연구에서 개발한 transient 기반 analysis는 관 내부의 구조적 건전성을 상태평가할 수 있으며 배관을 비파괴적으로 평가할 수 있는 기법으로 다양한 배관에 대해 적용이 가능할 것으로 판단됨.

○ 이상진단 시스템 개발
- 관망시설은 일반적으로 지역적으로 넓은 범위에 많은 관망이 매우 복잡하게 구성되어 있기 때문에, 누수 등의 이상(fault)발생시 감지가 늦어지게 되고, 이상이 발생한 정확한 위치 확인이 어려움. 이에 따른 사후대처가 늦어지고, 손실이 커지는 경향이 있음.
- 이러한 손실을 최소화하기 위해서는 관망에 이상 발생시 이를 가능한 빨리 감지(detect)하고 이상위치와 원인 등을 진단(diagnosis)하여 사후조치가 신속하게 이루어 질 수 있게 해주는 실시간 이상진단시스템(on-line fault diagnosis system)의 개발이 필수적이며, 이를 통해서 누수율을 저감시킴으로 유수율 관리와 2차 피해방지를 기대할 수 있음.

○ 최적 수질관리 기술
- 상수관망의 관리에 있어서 또 다른 이슈로서 최적 수질(optimal water quality)을 보장할 수 있는 기술이 필요함. 소독부산물 및 2차 오염을 유발하는 대표적인 원인으로는 관로의 부식, 생물학적 수질 지표의 악화, 미생물 재성장등을 들 수 있음.
- 따라서 상수관망에서 소독제의 관망내 이상적인 체류시간 관리를 위해 관망에 대한 Simulation이 이루어 져야 하고, 이를 위한 Kinetic parameter가 실시간으로 확보하여 관망내 잔류소독제의 양을 체계적인 관리할 필요가 있으며, 오염물질관리 지표 미생물을 포함한 수질과 관련된 미생물 군집의 안정적이고 효율적인 제어기술 개발이 요구됨.
- 실시간으로 관망 point의 잔류소독제를 예측·분석·투입할 수 있는 장치를 개발완료하여 원수특성 및 관 재질에 따른 잔류염소 분해속도를 현장에서 자동 측정하고 최적 잔류소독제 농도 유지 및 적정 중간 소독제 투입지점 도출할 수 있음.
- 또한, 생물막의 원인인 미생물 효소에 반응하는 형광물질을 이용하여 생물막(슬라임)을 현장에서 간편하게 측정할 수 있는 휴대용 장비를 개발하여 형광물질의 발현도에 따라 생물막의 형성도 자동 계산(CFU/cm2, CFU/ml)이 가능해짐. 이 장비는 종전과 달리 30분 이내 측정 가능하며, 미소한 미생물량에도 반응하는 높은 민감도(cm2 당 100개체)를 가짐.

활용계획
1. 본 과제로 개발된 S-WaterSolutions system(S/W)은 관망 인프라 구축 연동 운영사업자에게 솔루션으로 기술이전을 추진
2. 수질관리 기술성과(H/W)들은 외부 전시외/컨퍼런스 참가, 홍보 등을 통한 기술협력/제품 판매를 추진

(출처 : 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
▪ Decision support system based on 3 step status evaluation
We have assumed and selected a fundamental parameter for failure probability model based on physical and statistical model. In order to do so we additionally have run a research on irregularity effects evaluation and event

Ⅳ. Results
▪ Decision support system based on 3 step status evaluation
We have assumed and selected a fundamental parameter for failure probability model based on physical and statistical model. In order to do so we additionally have run a research on irregularity effects evaluation and event occurrence probability calculation method. We utilized transient analysis method for 3-step status evaluation and developed maintenance/repair algorithm for optimal decision support based on MDP with collected data. We have reduced total costs by establishing 3-step (modeling, status evaluation, decision-making) decision support system.

▪ Model-based hybrid fault diagnosis system for water networks
Goal of this research is to model based develop hybrid fault diagnosis system. Following diagram is how detecting irregularity based on physical model and collected data and locating the spot works.
Prediction of demand is conducted based on physical model in off-line and is utilized for algorithm based on collected data. Also physical model of water pipe network's leak is applied as means verification. Once fault is detected and diagnosed as a real alarm, every sensor leak detection time assume excavation section including leak location in actual water pipe network using positioning algorithm.

▪ Microorganism in water pipe network regrowth and formation control technology
○ Index indicator utilized biofilm pollution diagnosis system development
- Analyze microorganism community structure in biofilm
- Target microorganism that form biofilm using EPS formation analysis based on auxotrophy
- Develop easy, fast, convenient biological safety evaluation index easy with fluorescent materials
- Develop a diagnostic manual to assess microorganism community activity
○ Securing tap water’ biological safety by controlling biofilm formation in pipeline network
- Develop cell-to-cell signal transduction hindrance technology to restrict biofilm formation
- Optimize controlling of biofilm with mixture of good disinfectants
- Control biofilm formation by managing restricted nutrients

▪ Residual disinfectant and disinfection by-products control technology
- RCFIA experimental equipment has two chlorine concentration sensors and revise chlorine concentration decrease by hydraulic dispersion comparing with simulation data.
- Develop residual disinfectant and disinfection by-products formation control technologies and real-time prediction technology from the EPANET simulation result, growth and development of microorganism in pipeline network and tube wall deduction coefficient(kw). It is judged that deduction coefficient(k=1970.0day^-1) which is calculate from glycine is suitable to apply and decide boosting spots.
- Domestically Securing tap water’s biological safety can be a crucial turning point that can rebuild trust with the public. Also it is expected that demand on technology development will be high internationally.

(출처 : SUMMARY 20p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요 약 서 ... 3
• 요 약 문 ... 6
• SUMMARY ... 18
• 목차 ... 25
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 26
• 1-1. 연구개발 목적 ... 26
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 26
• 1-3. 연구개발 범위 ... 32
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 33
• 2-1 해외 기술개발 동향 ... 33
• 2-2 국내 기술개발 동향 ... 44
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 49
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 49
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 54
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 293
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 294
• 4-1. 목표달성도 ... 294
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 295
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 298
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 301
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 302
• 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 303
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 304
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 305
• 11. 기타사항 ... 306
• 12. 참고문헌 ... 307
• 부록 ... 320
• 1. S-watersolutions 사용자 매뉴얼 ... 321
• 2. 생물막측정기 매뉴얼 ... 348
• 3. RCFIA 매뉴얼 ... 368
• 끝페이지 ... 406